libs/ardour/interpolation.cc

   1 #include <stdint.h>
   2 #include <cstdio>
   3
   4 #include "ardour/interpolation.h"
   5
   6 using namespace ARDOUR;
   7
   8 nframes_t
   9 FixedPointLinearInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
  10 {
  11         // the idea behind phase is that when the speed is not 1.0, we have to
  12         // interpolate between samples and then we have to store where we thought we were.
  13         // rather than being at sample N or N+1, we were at N+0.8792922
  14         // so the "phase" element, if you want to think about this way,
  15         // varies from 0 to 1, representing the "offset" between samples
  16         uint64_t        the_phase = last_phase[channel];
  17
  18         // acceleration
  19         int64_t  phi_delta;
  20
  21         // phi = fixed point speed
  22         if (phi != target_phi) {
  23                 phi_delta = ((int64_t)(target_phi - phi)) / nframes;
  24         } else {
  25                 phi_delta = 0;
  26         }
  27
  28         // index in the input buffers
  29         nframes_t   i = 0;
  30
  31         for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; ++outsample) {
  32                 i = the_phase >> 24;
  33                 Sample fractional_phase_part = (the_phase & fractional_part_mask) / binary_scaling_factor;
  34
  35                 if (input && output) {
  36                         // Linearly interpolate into the output buffer
  37                         output[outsample] =
  38                                 input[i] * (1.0f - fractional_phase_part) +
  39                                 input[i+1] * fractional_phase_part;
  40                 }
  41
  42                 the_phase += phi + phi_delta;
  43         }
  44
  45         last_phase[channel] = (the_phase & fractional_part_mask);
  46
  47         // playback distance
  48         return i;
  49 }
  50
  51 void
  52 FixedPointLinearInterpolation::add_channel_to (int /*input_buffer_size*/, int /*output_buffer_size*/)
  53 {
  54         last_phase.push_back (0);
  55 }
  56
  57 void
  58 FixedPointLinearInterpolation::remove_channel_from ()
  59 {
  60         last_phase.pop_back ();
  61 }
  62
  63 void
  64 FixedPointLinearInterpolation::reset()
  65 {
  66         for (size_t i = 0; i <= last_phase.size(); i++) {
  67                 last_phase[i] = 0;
  68         }
  69 }
  70
  71
  72 nframes_t
  73 LinearInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
  74 {
  75         // index in the input buffers
  76         nframes_t   i = 0;
  77
  78         double acceleration;
  79         double distance = 0.0;
  80
  81         if (_speed != _target_speed) {
  82                 acceleration = _target_speed - _speed;
  83         } else {
  84                 acceleration = 0.0;
  85         }
  86
  87         distance = phase[channel];
  88         //printf("processing channel: %d\n", channel);
  89         //printf("phase before: %lf\n", phase[channel]);
  90         for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; ++outsample) {
  91                 i = floor(distance);
  92                 Sample fractional_phase_part = distance - i;
  93                 if (fractional_phase_part >= 1.0) {
  94                         fractional_phase_part -= 1.0;
  95                         i++;
  96                 }
  97                 //printf("I: %u, distance: %lf, fractional_phase_part: %lf\n", i, distance, fractional_phase_part);
  98
  99                 if (input && output) {
 100                 // Linearly interpolate into the output buffer
 101                         output[outsample] =
 102                                 input[i] * (1.0f - fractional_phase_part) +
 103                                 input[i+1] * fractional_phase_part;
 104                 }
 105                 //printf("distance before: %lf\n", distance);
 106                 distance += _speed + acceleration;
 107                 //printf("distance after: %lf, _speed: %lf\n", distance, _speed);
 108         }
 109
 110         //printf("before assignment: i: %d, distance: %lf\n", i, distance);
 111         i = floor(distance);
 112         //printf("after assignment: i: %d, distance: %16lf\n", i, distance);
 113         phase[channel] = distance - floor(distance);
 114         //printf("speed: %16lf, i after: %d, distance after: %16lf, phase after: %16lf\n", _speed, i, distance, phase[channel]);
 115
 116         return i;
 117 }
 118
 119 SplineInterpolation::SplineInterpolation()
 120 {
 121     // precompute LU-factorization of matrix A
 122     // see "Teubner Taschenbuch der Mathematik", p. 1105
 123     m[0] = 4.0;
 124     for (int i = 0; i <= MAX_PERIOD_SIZE - 2; i++) {
 125         l[i] = 1.0 / m[i];
 126         m[i+1] = 4.0 - l[i];
 127     }
 128 }
 129
 130 nframes_t
 131 SplineInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
 132 {
 133     // How many input samples we need
 134     nframes_t n = ceil (double(nframes) * _speed) + 2;
 135     //   |------------------------------------------^
 136     // this won't be here in the debugged version.
 137
 138     double M[n], t[n-2];
 139
 140     // natural spline: boundary conditions
 141     M[0]     = 0.0;
 142     M[n - 1] = 0.0;
 143
 144     // solve L * t = d
 145     // see "Teubner Taschenbuch der Mathematik", p. 1105
 146     t[0] = 6.0 * (input[0] - 2*input[1] + input[2]);
 147     for (nframes_t i = 1; i <= n - 3; i++) {
 148         t[i] = 6.0 * (input[i] - 2*input[i+1] + input[i+2])
 149                - l[i-1] * t[i-1];
 150     }
 151
 152     // solve R * M = t
 153     // see "Teubner Taschenbuch der Mathematik", p. 1105
 154     M[n-2] = -t[n-3] / m[n-3];
 155     for (nframes_t i = n-4;; i--) {
 156         M[i+1] = -(t[i] + M[i+2]) / m[i];
 157         if ( i == 0 ) break;
 158     }
 159
 160     // now interpolate
 161     // index in the input buffers
 162     nframes_t   i = 0;
 163
 164     double acceleration;
 165     double distance = 0.0;
 166
 167     if (_speed != _target_speed) {
 168         acceleration = _target_speed - _speed;
 169     } else {
 170         acceleration = 0.0;
 171     }
 172
 173     distance = phase[channel];
 174     for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; outsample++) {
 175         i = floor(distance);
 176
 177         Sample x = distance - i;
 178
 179         /* this would break the assertion below
 180         if (x >= 1.0) {
 181             x -= 1.0;
 182             i++;
 183         }
 184         */
 185
 186         if (input && output) {
 187             assert (i <= n-1);
 188             double a0 = input[i];
 189             double a1 = input[i+1] - input[i] - M[i+1]/6.0 - M[i]/3.0;
 190             double a2 = M[i] / 2.0;
 191             double a3 = (M[i+1] - M[i]) / 6.0;
 192             // interpolate into the output buffer
 193             output[outsample] = ((a3*x +a2)*x +a1)*x + a0;
 194         }
 195         distance += _speed + acceleration;
 196     }
 197
 198     i = floor(distance);
 199     phase[channel] = distance - floor(distance);
 200
 201     return i;
 202 }
 203
 204 LibSamplerateInterpolation::LibSamplerateInterpolation() : state (0)
 205 {
 206         _speed = 1.0;
 207 }
 208
 209 LibSamplerateInterpolation::~LibSamplerateInterpolation()
 210 {
 211         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 212                 state[i] = src_delete (state[i]);
 213         }
 214 }
 215
 216 void
 217 LibSamplerateInterpolation::set_speed (double new_speed)
 218 {
 219         _speed = new_speed;
 220         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 221                 src_set_ratio (state[i], 1.0/_speed);
 222         }
 223 }
 224
 225 void
 226 LibSamplerateInterpolation::reset_state ()
 227 {
 228         printf("INTERPOLATION: reset_state()\n");
 229         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 230                 if (state[i]) {
 231                         src_reset (state[i]);
 232                 } else {
 233                         state[i] = src_new (SRC_SINC_FASTEST, 1, &error);
 234                 }
 235         }
 236 }
 237
 238 void
 239 LibSamplerateInterpolation::add_channel_to (int input_buffer_size, int output_buffer_size)
 240 {
 241         SRC_DATA* newdata = new SRC_DATA;
 242
 243         /* Set up sample rate converter info. */
 244         newdata->end_of_input = 0 ;
 245
 246         newdata->input_frames  = input_buffer_size;
 247         newdata->output_frames = output_buffer_size;
 248
 249         newdata->input_frames_used = 0 ;
 250         newdata->output_frames_gen = 0 ;
 251
 252         newdata->src_ratio = 1.0/_speed;
 253
 254         data.push_back (newdata);
 255         state.push_back (0);
 256
 257         reset_state ();
 258 }
 259
 260 void
 261 LibSamplerateInterpolation::remove_channel_from ()
 262 {
 263         SRC_DATA* d = data.back ();
 264         delete d;
 265         data.pop_back ();
 266         if (state.back ()) {
 267                 src_delete (state.back ());
 268         }
 269         state.pop_back ();
 270         reset_state ();
 271 }
 272
 273 nframes_t
 274 LibSamplerateInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
 275 {
 276         if (!data.size ()) {
 277                 printf ("ERROR: trying to interpolate with no channels\n");
 278                 return 0;
 279         }
 280
 281         data[channel]->data_in     = input;
 282         data[channel]->data_out   = output;
 283
 284         data[channel]->input_frames  = nframes * _speed;
 285         data[channel]->output_frames = nframes;
 286         data[channel]->src_ratio         = 1.0/_speed;
 287
 288         if ((error = src_process (state[channel], data[channel]))) {
 289                 printf ("\nError : %s\n\n", src_strerror (error));
 290                 exit (1);
 291         }
 292
 293         //printf("INTERPOLATION: channel %d input_frames_used: %d\n", channel, data[channel]->input_frames_used);
 294
 295         return data[channel]->input_frames_used;
 296 }